[发明专利]一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法

说明书

一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法，其中，柔性电子皮肤传感器包括若干压力传感单元；压力传感单元由两片柔性且可伸缩的超薄PDMS膜、分别贴附于两片超薄PDMS膜之间的两片电极，以及设置于两片电极之间的复合压力传感膜组成；复合压力传感膜由若干聚苯胺中空纳米球和用于连接相邻聚苯胺中空纳米球的多壁碳纳米管组成；各压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列，本发明采用中空结构的复合压力传感膜，具有突出的弹性能力和超低的弹性模量，以使压力传感单元可对各种外界刺激进行有效的放大和转换，压力感应高，温度分辨率高；另外，单个压力传感单元可以很容易地集成传感器阵列，具有良好的传感性能。

技术领域

本发明涉及皮肤触觉传感器技术领域，具体涉及一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法。

背景技术

触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，柔性触觉传感器是实现电子皮肤技术的关键技术，其目的是模拟人类的感知能力，拥有卓越的发展前景。

目前，随着微电子技术的发展和各种有机材料的出现，已经提出了多种多样的柔性触觉传感器的研制方案，但目前大都属于实验室阶段，达到产品化的不多。且部分已达到产品化的柔性触觉传感器所采用的材料虽然可以承受高应力，但灵敏度低，检测能力受限，无法很好地应用于实际生活中，如采用柔性触觉传感器监测人体信号、检查呼吸疾病等。

因此，利用新型微结构的电子材料以实现高性能的触觉传感器是目前非常有意义，以及亟待解决的课题。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种柔性电子皮肤传感器及其制备方法，以解决现有柔性触觉传感器灵敏度低，检测能力受限的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种柔性电子皮肤传感器，包括若干压力传感单元；所述压力传感单元由两片柔性且可伸缩的超薄PDMS膜、分别贴附于所述两片超薄PDMS膜之间的两片电极，以及设置于所述两片电极之间的复合压力传感膜组成；所述复合压力传感膜由若干聚苯胺中空纳米球和用于连接相邻聚苯胺中空纳米球的多壁碳纳米管组成；各压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述超薄PDMS膜的厚度为30um。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述电极为黄金材质的金电极，所述金电极的厚度为50um。

本发明还提供了一种柔性电子皮肤传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，制备聚苯胺中空纳米球；

步骤S2，将聚苯胺中空纳米球与多壁碳纳米管按预设质量比混合分散到二甲基甲酰胺溶液中以得到第一混合物，干燥并去除所述步骤S2中的第一混合物中的二甲基甲酰胺得到第二混合物，旋涂所述第二混合物以形成复合压力传感膜；

步骤S3，将复合压力传感膜夹设于两片电极之间以组装成压力传感单元；

步骤S4，将若干个由步骤S3制得的压力传感单元利用等离子体处理机，并采用电极像素处理以形成呈设定面积的传感器阵列。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述步骤S1中制备聚苯胺中空纳米球的具体步骤包括：

步骤S11，制备磺化聚苯乙烯纳米球粉末；

步骤S12，将苯胺单体吸附到磺化聚苯乙烯纳米球粉末上以制得第一混合溶液；

步骤S13，第一混合溶液经盐酸和过硫酸铵处理得到第二混合溶液，所述第二混合溶液采用冰浴和离心处理以获得深绿色聚苯胺包覆的聚苯乙烯纳米球粉末。

步骤S14，采用四氢呋喃溶解所述聚苯乙烯纳米球粉末以去除聚苯乙烯核，并通过离心处理以得到聚苯胺中空纳米球。